Lämpö

Maan ydin on ehtymätön uusiutuvan energian lähde

  • Teksti: Kati Kelola
  • Kuvat:
  • 13.08.2020

Maapallon 6 000-asteisen ytimen maan pinnalle vapauttama lämpö näkyy geysireinä, kuumina lähteinä ja tulivuorina. Tätä geotermistä energiaa ihminen pystyy hyödyntämään lämmön- ja sähköntuotannossa.

Jos olet ihaillut geysiriä Islannissa tai loikoillut lomalla kuumassa lähteessä Turkissa, olet päässyt tekemisiin geotermisen lämmön kanssa.

Maapallon tuliperäisillä alueilla maan kuori on niin ohut, että maan ytimen kuumuus pulppuaa halkeamia ja muita väyliä pitkin esiin kiehuvana vetenä tai laavana. Islannin tunnettu ja tiheästi purkautuva Strokkur-geysir syöksee 80–100-asteista vettä joka 6.–10. minuutti noin 20 metrin korkeuteen, toisinaan ylemmäksikin.

Näyttävien luonnonilmiöiden lisäksi geotermisestä energiasta on ihmiselle myös hyötyä. Kesytettynä sen avulla voidaan lämmittää taloja ja muita rakennuksia sekä tuottaa sähköä geotermisissä voimaloissa.

Geoterminen lämpö syntyy kolmella tavalla

Geoterminen lämpö on maan sisäistä lämpöä, jota syntyy kolmen prosessin tuloksena.

Ensimmäinen prosesseista käynnistyi jo arviolta 4,65 miljardia vuotta sitten. Tuolloin maapallon muodostumisen seurauksena planeetan sisään syntyi ydin, jonka lämpötila on noin 6 000 astetta.

”Kun paljon kappaleita liittyi yhteen, liike-energia muuttui lämpöenergiaksi. Maan ytimeen jäi tätä lämpöä loukkuun”, kertoo Geologian tutkimuskeskuksen johtava asiantuntija Teppo Arola.

Maan ytimen ja pinnan välinen lämpöero tuo lämpöä noin 3 000 kilometrin matkan sisuksista kohti maapallon pintaa.

Toinen geotermistä lämpöä synnyttävä prosessi liittyy sekin maan ytimeen: maapallon kiinteää ydintä ympäröi sula ydin. Lämpöä vapautuu, kun sula aines muuttuu kiinteäksi ytimien rajapinnalla.

Geotermistä lämpöä syntyy myös radiogeenisesti. Sitä muodostuu, kun maan kuoren radioaktiiviset, esimerkiksi uraania sisältävät mineraalit hajoavat noin kymmenen kilometrin syvyydessä. Kyseessä on luonnollinen maapallon taustasäteily, jota on ympärillämme koko ajan.

Hajoamista tapahtuu kaikkialla, mutta eniten rapakivialueilla ja graniittisten kivien alueilla.

”Näiden prosessien takia maapallo huokuu lämpöä. Joka hetki avaruuteen säteilee lämpöä noin 25 000 Olkiluodon ydinvoimalan tuottama teho. Maapallo on kuuma kiviplaneetta.”

Geolämpö ei lopu kesken

Maan ytimen tuottama lämpöenergia on loputonta. Ihmiselle se tarkoittaa ehtymätöntä uusiutuvan lämmön ja sähkön lähdettä.

”Se on kuin varasto, joka jatkuvasti täyttyy luonnollisella tavalla. Vähän kuin vesikaivo.”

Geotermisen lämmöntuotannon suurvaltoja ovat Yhdysvallat, Väli-Amerikan pieni El Salvador sekä Euroopassa Turkki, Italia sekä erityisesti Islanti.

Kaikilla näillä mailla on tuliperäisiä alueita, jotka soveltuvat parhaiten maan sisäisen lämmön hyödyntämiseen. Etenkin sähköntuotanto vaatii suuria lämpötiloja. Tuliperäisellä seudulla maan kuori on niin ohut, että lämpö on otettavissa läheltä pintaa.

”Islannissa riittää esimerkiksi 1–2 kilometrin syvyyteen porattu reikä. Siitä voi saada jopa 250-asteista vettä”, Arola sanoo.

Sillä, miten syvällä lämpö sijaitsee, on merkitystä sen kannalta, miten helposti sitä voi hyödyntää. Lisäksi lämmön pitää olla sitoutuneena nesteeseen, jotta se saadaan hyötykäyttöön.

Jotta geotermistä lämpöä voitaisiin ajaa suoraan kaukolämpöverkkoon, pitäisi sen Arolan mukaan olla maasta nostettaessa noin 75–100-asteista. Jos maan sisästä nouseva vesi on noin 150–160-asteista, siitä voidaan tehdä sähköä kannattavasti.

Geologian tutkimuskeskus on kartoittanut geotermisen lämmön hyödyntämisen mahdollisuuksia Suomessa.

Suomessa hyvät mahdollisuudet geotermisen lämmön tuotantoon

Suomessa kallioperä on hyvin erilaista kuin Islannissa: vanhaa ja paksua. Se tarkoittaa, että meillä geoterminen lämpö on syvemmällä. Suomessa pitää porata noin kuuden kilometrin syvyyteen, jotta maasta nousisi 100-asteista geotermistä lämpöä. 150–160-asteista löytyisi noin kymmenestä kilometristä.

Arola näkee, että Suomessakin on silti hyvät mahdollisuudet geotermisen lämmön tuotantoon. Tutkimusten mukaan parhaita geotermisen lämmön seutuja Suomessa ovat Kaakkois-Suomen ja Ahvenanmaan sekä pienissä määrin Varsinais-Suomen rapakivialueet. Myös Keski-Lapin ja Helsingin graniittialueet ovat hyviä.

”Meillä on hirveä tarve lämmölle. Geotermisen lämmön tuotanto on erittäin hyvä ratkaisu, koska se on kutakuinkin päästötöntä”, Arola sanoo.

Suomessa hyödynnetään geolämpöä jo nyt

Suomessa hyödynnetään maan lämpöä lämmityksessä ja viilennyksessä jo nyt. Suomessa maalämpöpumpuilla saadaan 300 metriä syvästä kaivosta noin 10-asteista lämpöä, kilometristä 20–25-asteista ja kahdesta kilometristä 35–40-asteista.

Kyse ei kuitenkaan ole geotermisestä lämmöstä vaan geoenergiasta eli maalämmöstä. Se on maahan varastoitunutta auringon lämpöä, erotuksena maan ytimestä nousevasta lämmöstä, joskin myös siihen sekoittuu maan sisältä virtaavaa lämpöä.

Tutusta esimerkistä käyvät tontille asennettavat maalämpökaivot.

”Lämpöpumpulla maalämmöstä pystytään tekemään ihan hyvin ja tehokkaasti lämpöä alhaisemmistakin lämpötiloista”, Arola sanoo.

”Jotta Suomessa voitaisiin tuottaa lämpöpumppulaitoksella energiaa matalan lämpötilan kaukolämpöverkkoon, pitäisi päästä yli 500 metrin syvyyteen.”

Suomessa maalämmön hyödyntämisessä on Arolan mukaan paljon kasvunvaraa. Esimerkki löytyy naapurista: Ruotsi tuottaa ylivoimaisesti eniten geoenergiaa Euroopassa.

”Siellä ollaan 5–10 vuotta meitä edellä. Ero johtuu pitkälti energiapolitiikasta. Ruotsissa tuettiin jo 1980-luvun alussa maalämpöä, kun me saimme halpaa öljyä Venäjältä.”

Suomella on Arolan mukaan mahdollisuudet samaan kuin Ruotsissa – ylikin.

Keskisyvän, noin 1–3 kilometrin syvyydessä olevan lämmön hyödyntämisessä Suomi on jo Ruotsia jopa edellä.

”Siinä meillä on mahdollisuus nousta johtavaksi maaksi Euroopassa. Keskisyvää geotermistä lämpöä ei muualla Euroopassa hirveästi ole.”

Helen toteuttaa taloyhtiöille pilottiratkaisuja maalämmöstä

Helen tekee tutkimuksia geotermisen lämmön hyödyntämismahdollisuuksista Helsingissä yhdessä Geologian tutkimuskeskuksen kanssa ja toteuttaa kuluvan vuoden aikana pääkaupunkiseudulla ensimmäiset maalämpöön perustuvat pilottiratkaisut taloyhtiöihin.

”Maalämpöjärjestelmän, samoin kuin muidenkin energiaratkaisujen, tulee olla energiatehokkaita, ekologisia ja taloudellisesti kannattavia. Helen toimii suunnannäyttäjänä tarjoamalla uudenlaisia uusiutuvan energian ratkaisuja. Maalämpö on hyvä lisä vaihtoehtoihin, kun halutaan pienentää hiilijalanjälkeä”, sanoo Helenin ratkaisuliiketoiminnan johtaja Sari Mannonen.

Helenin tavoitteena on luoda kotitalouksiin uusi lämmöntuotannon malli, joka yhdistää kauko- ja maalämmön parhaat puolet ja sitä kautta auttaa Helsingin sekä koko Suomen kunnianhimoisia tavoitteita hiilidioksidipäästöjen vähentämisessä.

”Etsimme uudelle palvelulle parhaillaan pilottikohteita eri puolilta Suomea.”

Tärkeä osa maalämpöratkaisujen kehittämistyötä ovat asiakastutkimukset.

”Tavoitteena on löytää asiakkaan tarpeita vastaava taloudellinen ja vähäpäästöinen ratkaisu, jonka avulla asiakas pääsee osallistumaan hiilineutraalin yhteiskunnan rakentamiseen”, Mannonen sanoo.

Vanhasta kallioperästä on hyötyä

Geotermisen lämmön hyödyntäminen on Teppo Arolan mukaan tällä hetkellä kasvussa Pohjoismaissa, Saksassa, Ranskassa, Yhdysvalloissa ja Kanadassa. Geotermisen sähköntuotannon nousevia maita ovat Etiopia, Kenia ja Meksiko.

Vaikka kyseessä on loputon lämmön ja sähkön lähde, sen hyödyntämistä rajoittaa ainakin vielä toistaiseksi teknologia. Poraus ja kaivojen teko ovat kallista ja vaativat osaamista.

”On teknisesti haastavaa porata kilometrin reikä, saatikka neljän tai kahdeksan kilometrin.”

Poraukseen liittyy joillain alueilla Arolan mukaan riskejä, esimerkiksi maanjäristyksestä.

”Tietyillä alueilla poraaminen voi muuttaa paineoloja ja saada maanpinnan liikkumaan. Suomessa riski on hyvin pieni. Meillä on hyötyä vanhasta, paksusta ja rauhallisesta kallioperästä.”

Parhaillaan maapallolla etsitään ja kehitetään kiivaasti päästöttömän energian tuotantomuotoja ilmastoa kuormittavien tilalle.

Muihin uusiutuviin energiamuotoihin, kuten aurinkoon, tuuleen tai veteen, verrattuna geotermisellä energialla on Arolan mukaan yksi ylivoimainen ominaisuus: lämpöä tulee aina tasaisesti, eikä se ole kausiriippuvaista.

”Sitä tulee 24/7 ja 12 kuukautta vuodesta.”

Testaa tietosi geolämmöstä!